Coûts d'exploitation et impact carbone des pompes à chaleur intégrées aux CTA
- Thème
- Innovation manufacturière
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- David Black
L'impact des fluides frigorigènes sur le réchauffement climatique est souvent mis en avant lorsqu'il est question des pompes à chaleur à détente directe (DX) intégrées aux centrales de traitement d'air (CTA). Mais qu'en est-il des coûts d'exploitation de ces pompes à chaleur et des émissions de carbone générées pendant leur fonctionnement ? Ces aspects opérationnels jouent un rôle essentiel pour évaluer le véritable impact environnemental de ces systèmes.
Comprendre les principaux facteurs de performance opérationnelle
Si l'impact des fluides frigorigènes est souvent au cœur des discussions, l'empreinte environnementale réelle d'une pompe à chaleur à détente directe (DX) intégrée à une centrale de traitement d'air (CTA) dépend avant tout de l'efficacité de fonctionnement de l'ensemble de l'installation. Cela englobe non seulement les coûts d'exploitation, mais aussi les émissions de carbone générées tout au long de son cycle de vie. Pour évaluer précisément ces impacts, il est essentiel d'analyser les principaux facteurs de fonctionnement qui influencent la consommation d'énergie.
De petits changements dans la conception du système peuvent générer des économies significatives à long terme.
Cet exemple montre comment des composants optimisés et une intégration intelligente du système peuvent réduire considérablement les coûts d’exploitation, avec plus de 29 000 € d’économies estimées sur un cycle de vie de 20 ans.
Si les réfrigérants sont souvent au cœur des discussions sur la durabilité, cet exemple montre clairement que la performance opérationnelle joue également un rôle essentiel dans la maîtrise des coûts et de l’impact carbone.
Pour comprendre d’où viennent ces économies, il est important d’examiner les principaux facteurs qui influencent l’efficacité du système.
En revanche, les solutions moins coûteuses entraînent généralement des pertes de charge inutiles, ce qui peut se traduire par des coûts d’exploitation excessifs pour l’exploitant du bâtiment sur la durée de vie prévue de 20 ans de l’unité. Les récents événements sur le marché ont montré à quel point le fait de négliger les coûts d’exploitation dès la phase de conception peut être coûteux.
*Sur la base d’une unité installée au Royaume-Uni pour ventiler un bâtiment tertiaire pendant les heures de bureau, soit 3 500 heures de fonctionnement par an.
Calculs réalisés à l’aide du logiciel de coût global (LCC) de FläktGroup dans ACON.
2. Efficacité de la récupération de chaleur
Plus la quantité d’énergie récupérée par le système de récupération de chaleur est importante, moins la pompe à chaleur doit fournir d’effort. Cela permet de réduire directement la puissance absorbée par le compresseur, les coûts d’exploitation et les émissions de carbone associées à la pompe à chaleur.
Nous avons identifié le niveau optimal d’efficacité de récupération de chaleur et proposons notre ReCooler avec une efficacité optimisée d’environ 85 %. Grâce à la récupération de l’énergie sensible et latente via un rotor à sorption haute performance, la pompe à chaleur fonctionne plus efficacement et nécessite moins d’énergie électrique. La pompe à chaleur du ReCooler fournit ainsi moins d’effort pour atteindre la température de soufflage souhaitée, ce qui permet de réduire les coûts d’exploitation et les émissions de carbone associées.
Les unités moins coûteuses utilisent généralement un rotor hygroscopique, qui récupère beaucoup moins d’énergie de refroidissement. Le compresseur doit alors fonctionner davantage, ce qui augmente les coûts d’exploitation et l’empreinte carbone globale.
3. Positionnement du circuit de la pompe à chaleur
Il existe deux approches pour intégrer une pompe à chaleur à détente directe dans une CTA.
Mauvaise conception : batterie d’extraction côté système du rotor - Lorsque la pompe à chaleur intégrée à la CTA fonctionne en mode chauffage, l’énergie de refroidissement est rejetée sur le rotor. Autrement dit, lorsque vous souhaitez chauffer, vous récupérez du froid. Résultat : pour atteindre la température de soufflage souhaitée, la pompe à chaleur doit fournir davantage d’effort, ce qui augmente les coûts d’exploitation.
Prenons un scénario hivernal typique. La température extérieure est de -5 °C, l’unité souffle de l’air à 20 °C et l’air repris dans la CTA est à 20 °C. Lorsque la batterie d’extraction est située côté système du rotor, l’énergie de refroidissement est récupérée et l’air entrant dans la batterie de chauffage sort du rotor à environ 6 °C. La pompe à chaleur doit alors chauffer l’air d’environ 6 °C à 20 °C, soit une élévation de température de 14 °C.
Conception FläktGroup : batterie d’extraction côté atmosphérique - L’autre solution consiste à positionner la batterie d’extraction côté atmosphérique du rotor. Dans ce cas, seule l’énergie de chauffage est récupérée. Le compresseur n’a alors besoin d’augmenter la température que de 3 °C, ce qui permet de réduire la puissance absorbée par le compresseur jusqu’à environ 80 % et donc de diminuer les coûts d’exploitation.
En été, lorsque le refroidissement est nécessaire, une mauvaise conception rejette la chaleur dans le flux d’air extrait. Ainsi, si la batterie d’extraction est située côté système du rotor, de la chaleur est récupérée alors que l’on cherche à refroidir. Il s’agit donc d’une conception peu performante.
Prenons maintenant un scénario estival typique. La température extérieure est de 32 °C, l’unité souffle de l’air à 18 °C et l’air repris dans la CTA est à 24 °C. La solution moins performante ne peut pas récupérer d’énergie de refroidissement, car l’air extrait est réchauffé par la batterie d’extraction.
La solution de FläktGroup, c’est-à-dire le ReCooler, récupère environ 85 % de l’énergie de refroidissement. La solution moins performante doit refroidir l’air de 32 °C à 18 °C, tandis que le ReCooler refroidit l’air d’environ 25,5 °C à 18 °C. Cela permet de réduire de 50 % la puissance nécessaire au compresseur, et donc de diminuer les coûts d’exploitation et les émissions de carbone associées à la pompe à chaleur.
Si la batterie d’extraction est située côté atmosphérique du rotor, celui-ci peut :
- Récupérer la chaleur lorsque le chauffage est nécessaire
- Récupérer l’énergie de refroidissement lorsque le refroidissement est nécessaire
Si la batterie d’extraction est située côté système du rotor, celui-ci :
- Récupère du froid lorsque l’on souhaite chauffer
- Ne récupère pas d’énergie de refroidissement lorsque l’on souhaite refroidir
En conclusion, le positionnement de la batterie d’extraction n’est pas seulement un choix de conception : c’est un facteur déterminant pour garantir des performances efficaces en chauffage comme en refroidissement. En positionnant la batterie d’extraction côté atmosphérique du rotor, le ReCooler garantit que le système de récupération de chaleur accompagne toujours le mode de fonctionnement souhaité, plutôt que de le pénaliser.
4. Puissance absorbée par le compresseur
La puissance du compresseur représente généralement 20 % de la consommation électrique totale. En optimisant :
- La récupération d’énergie
- Le positionnement des batteries
- La configuration du système
… le ReCooler réduit significativement la puissance absorbée nécessaire, ce qui permet de diminuer à la fois les coûts d’exploitation et les émissions de carbone associées sur l’ensemble du cycle de vie de l’unité.